بخشی از مقاله
چکیده
رطوبت تعادلی یکی از فاکتورهای موثر در تعیین خواص ترمودینامیکی مواد میباشد. روشهای مختلفی برای تعیین این فاکتور استفاده شدهاند که هر یک دارای نواقص و معایبی در رساندن مواد به رطوبت تعادلی می باشند. وقتگیر بودن، در نتیجه افزایش مصرف انرژی در مدت زمان زیاد برای رساندن به رطوبت تعادلی و همچنین هزینه بر بودن روشهای رساندن به رطوبت تعادلی و نیاز به نیروی کاری زیاد برای دستیابی به این فاکتور، ضرورت طراحی و ساخت دستگاهی جهت حذف همهی این نواقص را افزایش داد. طی این طرح میتوان کاستیها و معایب مربوط به روشهای مرسوم تعیین رطوبت تعادلی را برطرف نمود. دستگاه پس از طراحی و ساخت، در دانشکده کشاورزی دانشگاه شیراز جهت تعیین مقدار رطوبت تعادلی لیمو استفاده شد و اجرا کاملا موفیت آمیز و بدون کوچکترین مشکل انجام شد با توجه به منحنیهای بدست آمده میتوان دریافت که منحنی ها از نوع S شکل1 میباشند. از وضعیت منحنیها میتوان دریافت که در یک رطوبت نسبی ثابت، با افزایش دما مقدار رطوبت تعادلی کاهش پیدا میکند.
مقدمه
هدف از خشک کردن ماده خارج نمودن آب از آن و در نتیجه افزایش عمر انبارمانی ماده از طریق جلوگیری از رشد میکروبها است. البته در حین عمل خشک کردن بایستی بافت، رنگ، طعم و ارزش ماده غذایی حفظ شود. به همین دلیل اعمال کنترلهای دقیق به منظور جلوگیری از بروز تنشهای حرارتی و رطوبتی که باعث بالا رفتن افت کمی و کیفی میگردد ضروری است
مقدار رطوبت موجود در ماده بعد از آن که ماده مدت زمان نامحدودی را در معرض محیط ویژهای - رطوبت نسبی و درجه حرارت خشک هوای محیط - قرار گیرد، رطوبت تعادلی E. M. C - یا - گویند. به تعبیر دیگر مقدار رطوبتی که در آن رطوبت، فشار بخار درونی با فشار بخار محیط اطراف آن یکسان باشد، رطوبت تعادلی خوانده میشود. این عامل تعیین کنندهی کمترین مقدار رطوبتی است که میتوان یک محصول را تحت شرایط معینی تا آن حد خشک کرد.
اهمیت این عامل برای محصولات کشاورزی به علت ارتباط مستقیم آن با مسائل انبارداری و خشک کردن میباشد .[6] رطوبت نسبی و دمای خشک هوای محیط، جنس، رقم، مقدار رسیدگی - بلوغ - دانه و مسیر رسیدن به رطوبت تعادلی - جذب یا دفع - و همچنین ترکیبات شیمیایی ماده نیز در مقادیر EMC موثرند.[4] طبق تعریف رطوبت نسبی محیط عبارت از نسبت فشار بخار آب محیط به فشار بخار آب اشباع شدهی محیط در همان دما. و همچنین تقسیم رطوبت نسبی بر 100 معادل با فعالیت آبی - a w - 1 میباشد
روشهای مختلف اندازهگیری رطوبت تعادلی عبارتند از : روش فشار سنجی و روش رطوبت سنجی [1] و روش وزن سنجی که دراین روش نمونهها در فواصل زمانی معین توزین شده و این کار تا ثابت ماندن وزن نمونهها ادامه مییابد. این روش به دو نوع استاتیکی ودینامیکی تقسیم میشود، روش استاتیکی2 که در این روش نمونه ماده در هوای محبوس و در حال سکون با رطوبت نسبی و درجه حرارت مشخص قرار داده شده تا به حال تعادل برسد. این روش نیاز به زمان زیادی - چندین هفته - دارد تا نمونه به رطوبت تعادلی خود برسد. به علت نیاز به زمان طولانی در این روش، امکان رشد کپکها وجود دارد و به همین دلیل معمولا از قارچ کش ها برای جلوگیری از رشد کپکها استفاده میشود. روش دینامیکی3 نیز در این روش، هوا یا مادهی مورد نظر یا هر دو به صورت مکانیکی حرکت می کند. از آنجایی که در دماها و رطوبتهای بالای محیط امکان رشد کپکها وجود دارد، به علت بالا بودن سرعت آزمایشها در این روش و در نتیجه عدم امکان رشد کپکها، روش دینامیکی بر روش استاتیکی ترجیح داده میشود
با توجه به روش های ذکر شده در بالا، روش های وزنسنجی استاتیکی و دینامیکی بیشترین کاربرد را در تعیین رطوبت تعادلی مواد دارند. اما همانطور که اشاره گردید در هر کدام از این روشها معایب و نواقصی است. این معایب از جمله هزینه بر بودن روش یا پر مصرف بودن روش از لحاظ مصرف انرژی های گرمایی یا الکتریکی و یا زمان بر بودن روش میباشد که این حالت منجر به آسیب رسیدن به مواد می شود و همچنین هزینه های جانبی را افزایش میدهد.
هدف از اجرای این پژوهش پیاده کردن یک سیستم مکانیزه تمام خودکار بدون نواقص فوق برای اندازه گیری رطوبت تعادلی مواد میباشد که طی این طرح، مقدار مصرف انرژی کاهش یافته و مدت زمان دستیابی به رطوبت تعادلی بسیار کاهش مییابد. ارتکین و گدیک - 2004 - منحنی-های همدمای جذبی همدمای محصولات سیب زمینی، سیب، انگور و زردآلو را از دادههای تجربی استخراج کردند. مدل هالسی در این محصولات به عنوان بهترین مدل پیشبینی کننده رطوبت تعادلی انتخاب شد
اکنبی و همکاران - 2005 - ویژگیهای خشک شدن و منحنیهای همدمای جذب-دفع رطوبت برشهای گوجه فرنگی را بررسی کردند. البته برای انبارمانی خوب باید تغییرات این ماده خشک شده را در شرایط دمایی و رطوبتی مختلف بتوان پیشبینی کرد و به همین دلیل نیاز به دانستن روابط میان محتوای رطوبت تعادلی، دما و رطوبت نسبی محیط میباشد
لی و همکاران - 2007 - تاثیر روش خشک کردن را روی منحنیهای همدمای جذب-دفع رطوبت یک نوع قارچ - Inonotus obliquus - mushroom بررسی کردند و مشاهده نمودند که مقدار رطوبت تعادلی قارچ همراه با افزایش فعالیت آبی4 - رطوبت نسبی محیط - در دمای ثابت، افزایش مییابد و به روش خشک شدن هم وابسته نمیباشد.
مواد و روشها
در این آزمایشها، جهت بهدست آوردن منحنیهای ایزوترم دفعی برش لیمو ترش، به روش آمیزهای از استاتیکی و دینامیکی عمل گردید. برای انجام این آزمایش نیاز به یک محیط کاملا قابل کنترل - از نظر حرارت و رطوبت نسبی - بود. . برای رسیدن به این هدف از یک محفظهی کاملا بسته، عایقکاری و کنترل شده از لحاظ شرایط ترمودینامیکی طراحی و ساخته شد. جنس محفظه از نئوپان - چوب فشرده با ضخامت 18 میلیمتر - میباشد. برای کنترل آسانتر و دقیقتر شرایط هوای خشک-کننده، محفظه تا حد امکان کوچک ساخته شدهاست. محفظهی مذکور به طول 100، عرض 60 و ارتفاع 60 سانتیمتر میباشد
در یک وجه جانبی محفظه، دربی به ابعاد 30 40 سانتیمتر جهت دسترسی به داخل محفظه برای ورود و خروج نمونهها و محلولهای نمک اشباع1 در نظر گرفته شدهاست. در وجه فوقانی محفظه پنجرهای شیشهای به ابعاد 30 30 سانتیمتر به عنوان دریچهی بازبینی تجهیزات درون محفظه تعبییه گردیده است. برای جلوگیری از تبادل رطوبتی و حرارتی هوای درون محفظه با محیط بیرون تمهیداتی صورت گرفته است، ازجمله: درزهای درون محظه کاملا با چسب و خمیر بتونه درزگیری شدهاست. وجوه درونی محفظه با یک لایه فویل آلومینیومی2 پوشانده شدهاست. این لایه به عنوان عایق رطوبتی استفاده شدهاست. جدارهی بیرونی محفظه با سه لایه پشم شیشه به ضخامت حداقل 5 سانتیمتر پوشانیده شدهاست. این لایه ها به عنوان عایق حرارتی استفاده شدهاست.
شکل . - 1 - شمای ظاهری محفظه همراه با ابعاد آن یک مولد حرارت الکتریکی3 - گرمکن - 1000 وات مجهز به پنکه4، جهت تغییر درجه حرارت هوای درون محفظه، مورد استفاده قرار گرفتهاست. پنکه - دمندهی گریز از مرکز - 2800 rpm به منظور همزدن دائم هوای کنترلشدهی درون محفظه و در نتیجه تسریع فرآیند تغییر مقدار رطوبت نمونه به کار گرفته شدهاست. لازم به ذکر است که هنگام روشن بودن گرمکن نباید پنکه خاموش گردد، زیرا موجب داغ شدن و خراب شدن گرمکن میگردد - شکل . - 2 یک قفسهی مشبک سیمی در ارتفاع 45 سانتیمتری از کف محفظه نصب شدهاست. این قفسه به منظور قرار دادن دماسنجها5، حسگر ترموستات6، حسگر حسگر رطوبت سنج7 و تعدادی از سبدهای نمونه قرار داده شدهاست
